Микромашины — это механические объекты, которые изготавливаются тем же общим способом, что и интегральные схемы . Обычно считается, что их размер составляет от 100 нанометров до 100 микрометров , хотя это спорно. Микромашины применяются в акселерометрах , которые определяют, когда автомобиль врезается в объект, и активируют подушку безопасности . Еще одним применением являются сложные системы шестеренок и рычагов .
Изготовление этих устройств обычно осуществляется двумя методами: поверхностной микрообработкой и объемной микрообработкой . Для выполнения объемной микрообработки необходимая область сильно легируется бором, а нежелательный кремний вытравливается в жидком кремниевом травителе. Этот метод называется etchstop, поскольку легирование бором создает не поддающийся травлению слой/рисунок. [1]
Большинство микромашин действуют как преобразователи ; другими словами, они являются либо датчиками , либо исполнительными механизмами .
Датчики преобразуют информацию из окружающей среды в интерпретируемые электрические сигналы. Одним из примеров микромашинного датчика является резонансный химический датчик. Слегка затухающий механический объект вибрирует гораздо больше на одной частоте, чем на любой другой, и эта частота называется его резонансной частотой. Химический датчик покрыт специальным полимером , который притягивает определенные молекулы , например, те, что содержатся в сибирской язве , и когда эти молекулы прикрепляются к датчику, его масса увеличивается. Увеличенная масса изменяет резонансную частоту механического объекта, которая обнаруживается с помощью схемы.
Исполнительные механизмы преобразуют электрические сигналы и энергию в движение какого-либо рода. Три наиболее распространенных типа исполнительных механизмов — электростатические , тепловые и магнитные . Электростатические исполнительные механизмы используют силу электростатической энергии для перемещения объектов. К двум механическим элементам, один из которых неподвижен ( статор ), а другой подвижен ( ротор ), приложены два разных напряжения, что создает электрическое поле . Поле конкурирует с восстанавливающей силой на роторе (обычно силой пружины, создаваемой изгибом или растяжением ротора) для перемещения ротора. Чем больше электрическое поле, тем дальше будет перемещаться ротор. Термические исполнительные механизмы используют силу теплового расширения для перемещения объектов. Когда материал нагревается, он расширяется на величину, зависящую от свойств материала. Два объекта могут быть соединены таким образом, что один объект нагревается больше другого и расширяется больше, и этот дисбаланс создает движение. Направление движения зависит от соединения между объектами. Это видно в «тепловентиле», который представляет собой U-образную балку с одним широким плечом и одним узким плечом. При прохождении тока через объект выделяется тепло. Узкий рычаг нагревается сильнее, чем широкий, поскольку они имеют одинаковую плотность тока. Поскольку два рычага соединены сверху, растягивающийся горячий рычаг толкает в направлении холодного рычага. Магнитные приводы использовали изготовленные магнитные слои для создания сил.